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热塑性塑料成型工艺技术模板.doc
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1、第一章 热塑性塑料成型热塑性塑料品种每繁多,即使同一品种也因为树脂分子及附加物配比不一样而使其使 用及工艺特征也有所不一样。另外,为了改变原有品种特征,常见共聚、交联等多种化学 方法在原有树脂结构中导入一定百分比量其它单体或高分子等,以改变原 有树脂结组成为含有新改善物性和加工性改性产品。比如,ABS即为在聚苯乙烯分子 中导入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚物,可看作称改性聚苯乙烯,含有比 聚苯乙烯优异综合性能,工艺特征。因为热塑性塑料品种多、性能复杂,即使同一类塑料 也有仅供注塑用和挤出用之分,故本章节关键介绍多种注塑用热塑性塑料。 1、收缩率 热塑性塑料成型收缩形式及计算如前
2、所述,影响热塑性塑料成型收缩原因以下: 1.1塑料品种热塑性塑料成型过程中因为还存在结晶化形起体积改变,内应力强, 冻结在塑件内残余应力大,分子取向性强等原因,所以和热固性塑料相比则收缩率较大, 收缩率范围宽、方向性显著,另外成型后收缩、退火或调湿处理后收缩率通常也全部比热 固性塑料大。 1.2塑件特征成型时熔融料和型腔表面接触外层立即冷却形成低密度固态外壳。由 于塑料导热性差,使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大高密度固态层。所以壁厚、冷却 慢、高密度层厚则收缩大。另外,有没有嵌件及嵌件布局、数量全部直接影响料流方向,密 度分布及收缩阻力大小等,所以塑件特征对收缩大小、方向性影响较大。 1.3进料
3、口形式、尺寸、分布这些原因直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作 用及成型时间。直接进料口、进料口截面大(尤其截面较厚)则收缩小但方向性大,进 料口宽及长度短则方向性小。距进料口近或和料流方向平行则收缩大。 1.4成型条件模具温度高,熔融料冷却慢、密度高、收缩大,尤其对结晶料则因结晶 度高,体积改变大,故收缩更大。模温分布和塑件内外冷却及密度均匀性也相关,直接影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外,保持压力立即间对收缩也影响较大,压力大、时 间长则收缩小但方向性大。注塑压力高,熔融料粘度差小,层间剪切应力小,脱模后弹性 回跳大,故收缩也可适量减小,料温高、收缩大,但方向性小。所以在成型时调整模
4、温、 压力、注塑速度及冷却时间等诸原因也可合适改变塑件收缩情况。 模具设计时依据多种塑料收缩范围,塑件壁厚、形状,进料口形式尺寸及分布 情况,按经验确定塑件各部位收缩率,再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收 缩率时,通常宜用以下方法设计模具: 对塑件外径取较小收缩率,内径取较大收缩率,以留有试模后修正余地。 试模确定浇注系统形式、尺寸及成型条件。 要后处理塑件经后处理确定尺寸改变情况(测量时必需在脱模后二十四小时以后)。 按实际收缩情况修正模具。 再试模并可合适地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。 2、流动性 2.1热塑性塑料流动性大小,通常可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋
5、线流动长 度、表现粘度及流动比(步骤长度/塑件壁厚)等一系列指数进行分析。分子量小,分子量 分布宽,分子结构规整性差,熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小,流动比大则流 动性就好,对同一品名塑料必需检验其说明书判定其流动性是否适适用于注塑成型。按模 具设计要求大致可将常见塑料流动性分为三类: 流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚(4)甲基戍烯; 流动性中等聚苯乙烯系列树脂(如ABS、AS)、有机玻璃、聚甲醛、聚苯醚; 流动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。 2.2多种塑料流动性也因各成型原因而变,关键影响原因有以下几点: 温度料温高则流动性增大,但不一样
6、塑料也各有差异,聚苯乙烯(尤其耐冲击 型及MFR值较高)、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯(如ABS、AS)、聚碳酸酯、醋 酸纤维素等塑料流动性随温度改变较大。对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响 较小。所以前者在成型时宜调整温度来控制流动性。 压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大,流动性也增大,尤其是聚乙烯、聚 甲醛较为敏感,所以成型时宜调整注塑压力来控制流动性。 模具结构浇注系统形式,尺寸,部署,冷却系统设计,熔融料流动阻力(如 型面光洁度,料道截面厚度,型腔形状,排气系统)等原因全部直接影响到熔融料在型腔内 实际流动性,凡促进熔融料降低温度,增加流动性阻力则流动性就降低。模具设
7、计时应依据所用塑料流动性,选择合理结构。成型时则也可控制料温,模温及注塑压力、注塑速度等原因来合适地调整填充情况以满足成型需要。 3、结晶性 热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料和非结晶型(又称无 定形)塑料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时,分子由独立移动,完全处于无次序 状态,变成份子停止自由运动,按略微固定位置,并有一个使分子排列成为正规模型 倾向一个现象。 作为判别这两类塑料外观标准可视塑料厚壁塑件透明性而定,通常结晶性 料为不透明或半透明(如聚甲醛等),无定形料为透明(如有机玻璃等)。但也有例外情 况,如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性,ABS为
8、无定形料但却并不透明。 在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项: 料温上升到成型温度所需热量多,要用塑化能力大设备。 冷却回化时放出热量大,要充足冷却。 熔融态和固态比重差大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔。 冷却快,结晶度低,收缩小,透明度高。结晶度和塑件壁厚相关,壁厚则冷却慢, 结晶度高,收缩大,物性好。所以结晶性料应按要求必需控制模温。 各向异性显著,内应力大。脱模后未结晶化分子有继续结晶化倾向,处于 能量不平衡状态,易发生变形、翘曲。 结晶化温度范围窄,易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。 4、热敏性塑料及易水解塑料 4.1热敏性系指一些塑料对热较为敏感,在高温下
9、受热时间较长或进料口截面 过小,剪切作用大时,料温增高易发生变色、降解,分解倾向,含有这种特征塑料称 为热敏性塑料。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物,聚甲醛,聚三氟氯乙烯等。 热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物,尤其是有分解气体对人体、设备、 模具全部有刺激、腐蚀作用或毒性。所以,模具设计、选择注塑机及成型时全部应注意,应选 用螺杆式注塑机,浇注系统截面宜大,模具和料筒应镀铬,不得有死角滞料,必需严格控 制成型温度、塑料中加入稳定剂,减弱其热敏性能。 4.2有塑料(如聚碳酸酯)即使含有少许水分,但在高温、高压下也会发生分解, 这种性能称为易水解性,对此必需预先加热干燥。 5
10、、应力开裂及熔体破裂 5.1有塑料对应力敏感,成型时易产生内应力并质脆易裂,塑件在外力作用下或 在溶剂作用下即发生开裂现象。为此,除了在原料内加入添加剂提升开抗裂性外,对原料应 注意干燥,合理选择成型条件,以降低内应力和增加抗裂性。并应选择合理塑件形状, 不宜设置嵌件等方法来尽可能降低应力集中。模具设计时应增大脱模斜度,选择合理进料口及顶 出机构,成型时应合适调整料温、模温、注塑压力及冷却时间,尽可能避免塑件过于冷脆 时脱模,成型后塑件还宜进行后处理提升抗开裂性,消除内应力并严禁和溶剂接触。 5.2当一定融熔体流动速率聚合物熔体,在恒温下经过喷嘴孔时其流速超出某值后,熔 体表面发生显著横向裂纹
11、称为熔体破裂,有损塑件外观及物性。故在选择熔体流动速率高聚 合物等,应增大喷嘴、浇道、进料口截面,降低注塑速度,提升料温。 6、热性能及冷却速度 6.1多种塑料有不一样比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高塑化时需要 热量大,应选择塑化能力大注塑机。热变形温度高塑料冷却时间可短,脱模早,但脱模后 要预防冷却变形。热传导率低塑料冷却速度慢(如离子聚合物等冷却速度极慢),故必需充足冷 却,要加强模具冷却效果。热浇道模具适适用于比热低,热传导率高塑料。比热大、热传 导率低,热变形温度低、冷却速度慢塑料则不利于高速成型,必需选择合适注塑机及加 强模具冷却。 6.2多种塑料按其种类特征及塑件形状,要
12、求必需保持合适冷却速度。所以模具 必需按成型要求设置加热和冷却系统,以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却, 以预防塑件脱模后变形,缩短成型周期,降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定 温度时,则模具应设有加热系统,使模具保持在一定温度,以控制冷却速度,确保流动性, 改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却,预防厚壁塑件内外冷却不匀及提升结晶度等。 对流动性好,成型面积大、料温不匀则按塑件成型情况有时需加热或冷却交替使用或局 部加热和冷却并用。为此模具应设有对应冷却或加热系统。多种塑料成型时要求模温 及热性能见表1-4及表1-5。 7、吸湿性 塑料中因有多种添加剂,使其对水分有不一样亲疏
13、程度,所以塑料大致可分为 吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分两种,料中含水量必需控制在许可范围内,不 然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用,使树脂起泡、流动性下降、外观及力学 性能不良。所以吸湿性塑料必需按要求采取合适加热方法及规范进行预热,在使用时还 需用红外线辐照以预防再吸湿。 第二章 增强塑料为了深入改善热固性及热塑性塑料力学性能。常在塑料中加入玻璃纤维(简 称玻纤),滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、碳纤维等作为增强材料,以树脂为母体及粘结剂而组成新型复合材料,称为增强塑料(如环氧树脂为母体树脂 塑料增强塑料又称为玻璃钢)。 因为塑料混用玻璃纤维品种、长度、含量等不一样,其工艺性及
14、物性也各 不相同。下面关键介绍模塑用热固性增强塑料及注射用热塑性增强塑料。 1、热固性增强塑料 热固性增强塑料是由树脂、增强材料、助剂等组成。其中树脂作为母体和粘结剂,它 要求有良好流动性、适宜固化速度、副产物少,易调整粘度和良好相溶性,并需满 足塑件及成型要求。增强材料起骨架作用,其品种规格繁多,但常见玻璃纤维,通常见量为 60%、长度为1520毫米。助剂包含调整粘度稀释剂(用以改善玻纤和树脂粘结)、 用以调整树脂-纤维界面状态玻纤表面处理剂、用以改善流动性,降低收缩,提升光泽 度及耐磨性等用填料和着色剂等。因为选择树脂,玻纤品种规格(长度、直径, 无碱或含碱,支数,股数,加捻或无捻),表面
15、处理剂,玻纤和树脂混制工艺(预混法或 预浸法,塑料配比等不一样则其性能也各不相同。 1.1加工特征 流动性增强料流动性比通常压塑料差,流动性过大时易产生树脂流失和玻 纤分头聚积。过小则成型压力及温度将显著提升。影响流动性原因很多,要评定某种料 流动性,必需按组成作具体分析。影响流动性原因 收缩率增强塑料收缩率比通常压塑料小,它关键由 热收缩及化学结构收缩 组成。影响收缩原因首先是塑料类种。通常酚醛比环氧、环氧酚醛、不饱和聚酯等 要大,其中不饱和聚酯料收缩最小。其它影响收缩原因是塑件形状及壁厚,厚壁则收缩 大,塑料中含填料及玻纤量大则收缩小,挥发物含量大则收缩也大,成型压力大,装料 量大则收缩小
16、,热脱模比冷脱模收缩大,固化不足收缩大,当加压时机及成型温度合适, 固化充足而均匀时则收缩小。同一塑件其不一样部位收缩也各不相同,尤其对薄壁塑件更 为突出。通常收缩率为00.3%,以0.1%0.2%居多,收缩大小还和模具结构相关,总 之确定收缩率时应综合考虑多种原因。 压缩比增强料比容,压缩比全部较通常压塑料大,预混料则更大,所以在模 具设计时需取较大装料室,另外向模内装料也较困难,尤其预混料更为不便,但如采取 料坯预成型工艺则压缩比就可显著减小。 装料量通常可预先估算,经试压后再作调整。估算装料量方法可由以下四种: 计算法装料量可按公式(1-1)计算: A = V G1+(3%5%) (1-
17、1) 式中:A-装料量(克); V-塑件体积(厘米3); G-所用塑料比重(克/厘米3); 3%5%-物料挥发物、毛刺等损耗量赔偿值。 形状简化计算法,将复杂形状塑件简化成由若干个简单形状组成,同时将 尺寸也对应变更,再按简化形状进行计算。 比重比较法,当按金属或其它材料零件仿制塑件时,则可将原零件材 料比重和所选择增强塑料比重之比及原零件重量求得装料量。 注型比较法用树脂或石蜡等浇注型材料注入模具型腔成型后再以此零件 按比重比较法求得装料量。 物料状态增强料按其玻纤和树脂混合制成原料方法可分为以下三种状态。 预混料是将长达1530毫米玻纤和树脂混合烘干而成,它比容大,流 动性比预浸料好,成型
18、时纤维易受损伤,质量均匀性差,装料困难,劳动条件差。适适用于 压制中小型、复杂形状塑料及大量生产时,不宜用于压制要求高强度塑件。使用预混料 时要预防料结使流动性快速下降。该料互溶性不良,树脂和玻纤易分头聚积。 预浸料是将整束玻纤浸入树脂,烘干切短而成。它流动性比预混料差, 料束间相溶性差,比容小,玻纤强度损失小,物料质量均匀性良好,装模时易按塑件形状 受力状态进行合理辅料,适适用于压制形状复杂高强度塑料。 浸毡料是将切短纤维均匀地铺在玻璃布上浸渍树脂而成毡状料,其 性能介于上述二者之间。适用压制形状简单,厚度改变不大薄壁大型塑件。 硬化速度及贮存性增强塑料按其硬化速度可分为快速和慢速两种。快速
19、料固 化快,装料模温高,为适适用于压塑小型塑件及大量生产时常见原料。慢速料适适用于压制大 型塑件,形状复杂或有特殊性能要求及小批量生产时,慢速料必需慎重选择升温速度,过 快易发生内应力,硬化不匀,填充不良。过慢则降低生产效率。所以模具设计时应预先了 解所用料性能和要求。 多种料全部有其许可贮存期及贮存条件。凡超期或贮存条件不良者全部会造成塑 料变质,影响流动性及塑件质量,故试模及生产时全部应注意。 1.2成型条件(略) 热固性增强塑料成型条件 1.3塑件及模具设计注意事项 塑件设计时应注意下列事项。 塑件光洁度可达7 9,精度通常宜取35级,但沿压制方向精度不易保 证,宜取自由公差。 不易脱模
20、,宜取较大脱模斜度。若不许可取较大脱模斜度时,则塑件径 向公差宜取大。 塑件宜取回转体对称外形,不宜过高。 壁应厚而均匀,避免尖角、缺口、窄槽等形状,各面应圆弧过渡连接以 预防应力集中、死角滞料,填充不良,物料集聚堵塞流道。 孔通常应取通孔,避免用5毫米以下盲孔,盲孔底部应成半球面或圆 锥面以利物料流动,孔径及深度比通常为1213,大型塑件尽可能不设计小孔,孔间距、 孔边距宜取大,大密度排列小孔不宜模压成型。 螺孔比螺纹易成型,M6以下螺纹不宜成型,齿形宜用半圆形及梯形,其 圆角半径应大于0.3毫米,并应注意半角公差,能够参考通常塑制螺纹进行设计。当塑件 螺纹和其它材料螺纹零件接合时,要考虑其
21、配合张力,螺纹段长度应取最小尺寸。 成型压力大,嵌件应有足够强度,预防变形损坏,定位必需可靠。 收缩小,有方向性,易发生熔接不良,变形、翘曲、缩孔、裂纹及应力 集中,树脂填料分布不匀。薄壁塑件易碎,不易脱模,大面积塑件易发生波纹及物料聚积。 模具设计时应注意下列事项: 要便于装料,有利于物料流动填充型腔。 脱模斜度宜取1以上。 宜选塑件投影面大方向作为成型加压方向便于物料填充型腔,但不宜 把尺寸精度高部位和嵌件、型芯轴线垂直方向作为成型加压方向。 物料渗透力强,造成飞边厚不易去除,选择分型面时应注意飞边方向。上下 模及并镶件宜取整体结构,组合结构装配间隙不宜取大,上下模可拆成型零件宜取34级
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